کاربید سیلیسیوم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از سیلیسیم کاربید)
کاربید سیلیسیوم
Sample of silicon carbide as a boule
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس ۴۰۹-۲۱-۲ ✔Y
پاب‌کم ۹۸۶۳
کم‌اسپایدر ۹۴۷۹ ✔Y
شمارهٔ ئی‌سی 206-991-8
MeSH Silicon+carbide
ChEBI CHEBI:29390 ✔Y
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس VW0450000
13642
جی‌مول-تصاویر سه بعدی Image 1
خصوصیات
فرمول مولکولی CSi۱
جرم مولی ۴۰٫۱ g mol−1
شکل ظاهری Yellow to green to bluish-black iridescent crystals
چگالی 3.16 g·cm−3 (hex.)
دمای ذوب ۲٬۸۳۰ درجه سلسیوس (۵٬۱۳۰ درجه فارنهایت؛ ۳٬۱۰۰ کلوین) (decomposes)
تحرک‌پذیری ~900 cm2/V·s (all polytypes)
پذیرفتاری مغناطیسی −12.8·10−6 cm3/mol[۱]
ضریب شکست (nD) 2.55 (infrared; all polytypes)
خطرات
طبقه‌بندی ئی‌یو Not listed
لوزی آتش
Special hazards (white): no codeNFPA 704 four-colored diamond
آمریکا Permissible
exposure limit (PEL)
TWA 15 mg/m3 (total) TWA 5 mg/m3 (resp)
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
 ✔Y (بررسی) (چیست: ✔Y/N؟)
Infobox references

سیلیسیم کاربید با فرمول شیمیایی SiC، یکی از مواد دیرگداز است که به‌صورت خام در طبیعت یافت نمی‌شود. این ماده به‌صورت مصنوعی ساخته (اصطلاحاً سنتز) می‌شود. کاربرد آن در ساخت محصولات دیرگداز و ساینده‌ها است. این محصولات عمدتاً در کوره بلند، دستگاه‌های اسیدشویی، کوره قائم مس کاتدی، انواع نازل‌ها و کوره‌های ذوب فلزات و ساب زدن سنگ های مرمریت مورد استفاده قرار می‌گیرد.[۲] پودر سیلیسیوم کاربید مصنوعی از سال ۱۸۹۳ به صورت انبوه برای استفاده به عنوان ساینده، تولید می‌شود.

تاریخچه[ویرایش]

تولید در مقیاس وسیع در سال ۱۸۹۰ به ادوارد گودریچ آچسون نسبت داده می‌شود.[۳] آچسون در تلاش برای تهیه الماس مصنوعی بود که مخلوطی از خاک رس (سیلیکات آلومینیوم) و کک پودر شده (کربن) را در یک کاسه آهن گرم کرد. وی کریستال‌های آبی تشکیل دهنده carborundum را نامید و معتقد بود که ترکیبی جدید از کربن و آلومینیوم است، شبیه کوراندوم. در سال ۱۸۹۳، فردیناند هنری مویسان هنگام بررسی نمونه‌های سنگ یافت شده در شهاب سنگ Canyon Diablo در آریزونا، ماده معدنی کمیاب کمیاب طبیعی SiC را کشف کرد. این ماده معدنی به احترام وی moissanite نامگذاری شد. Moissan همچنین SiC را از طریق چندین مسیر، از جمله انحلال کربن در سیلیکون مذاب، ذوب مخلوط کاربید کلسیم و سیلیس و با کاهش سیلیس با کربن در کوره الکتریکی ، سنتز کرد.

آچسون روش ساخت پودر سیلیکون کاربید را در ۲۸ فوریه سال ۱۸۹ ثبت اختراع کرد.[۴] آچسون همچنین کوره الکتریکی را ساخت که امروزه نیز SiC بوسیله آن ساخته می‌شود و شرکت Carborundum را برای تولید SiC فله ای تشکیل داد، که در ابتدا به عنوان ساینده استفاده می‌شد.[۵]

ویژگی‌ها[ویرایش]

سیلیسیم کاربید دارای ساختار کریستالی هگزاگونال یا مکعبی است. چگالی این ماده برابر ۲۱/۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب است و دارای مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت الکتریکی پایینی است. سختی این ماده در مقیاس موهز (یا موس)، بین کوراندوم و الماس است.[۶] سیلیسیم کاربید می‌تواند بدون بروز دادن تغییرات شیمیایی و فیزیکی قابل توجه، تا دمای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس را نیز تحمل کند.[۷]

سنتز[ویرایش]

سنتز سیلیسیم کاربید با استفاده از روش موسوم به فرایند اچسون[۸] صورت می‌گیرد. مواد اولیه این فرایند عبارتند از ماسه سیلیسی و کک. این فرایند در دمای ۲۳۰۰ درجه سانتی‌گراد و با استفاده از جریان الکتریسیته اتفاق می‌افتد. تولید هر کیلوگرم سیلیسیم کاربید، به ۱۵ کیلووات ساعت انرژی الکتریکی نیاز دارد.[۹]

در طبیعت[ویرایش]

مویسانیت که به‌طور طبیعی اتفاق می‌افتد تنها در مقادیر اندک در انواع خاصی از شهاب سنگ و در رسوبات سنگ‌تراشی و کیمبرلیت یافت می‌شود. تقریباً تمام کاربید سیلیسیم در جهان، از جمله جواهرات موئسانیت، مصنوعی است. موسانیت طبیعی برای اولین بار در سال ۱۸۹۳ به عنوان یک جز کوچک از شهاب سنگ کانیون دیابلو در آریزونا توسط دکتر فردیناند هنری مویسان یافت شد، که ماده در سال ۱۹۰۵ به نام وی نامگذاری شد. در ابتدا کشف Moissan از SiC که به‌طور طبیعی اتفاق می‌افتد مورد اختلاف بود زیرا ممکن است نمونه وی توسط تیغه‌های اره سیلیکون کاربید آلوده شده باشد که در آن زمان از قبل در بازار بودند.[۱۰]

منابع[ویرایش]

  1. Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. p. 4.135. ISBN 1439855110.
  2. روتشکا، ۱۳۷۸، صص ۶۳ و ۶۵
  3. Encyclopædia Britannica, eb.com</ref
  4. Acheson, G. (1893) U.S. Patent ۴۹۲٬۷۶۷ "Production of artificial crystalline carbonaceous material"
  5. "The Manufacture of Carborundum- a New Industry". Scientific American. April 7, 1894. Archived from the original on January 23, 2009. Retrieved 2009-06-06.
  6. روتشکا، ۱۳۷۸، ص ۶۳
  7. دانشمند، ایفونتس، ص ۶۴
  8. Acheson
  9. روتشکا، ۱۳۷۸، ص ۶۳
  10. Moissan, Henri (1904). "Nouvelles recherches sur la météorité de Cañon Diablo". Comptes rendus. 139: 773–86.